[发明专利]一种基于磁传感器阵列的磁控胶囊机器人定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于磁传感器阵列的磁控胶囊机器人定位方法及系统，包括内部嵌入永磁体的胶囊机器人、外部永磁体、机械臂、基于磁传感器阵列的定位装置。本发明的有益效果是：机械臂末端固定安装外部永磁体，实现灵活的空间磁场变化；胶囊机器人内部嵌入小体积的永磁体，在空间磁场的作用下进行翻转运动；该定位方法通过上、下层磁传感器阵列盘测得的空间磁场做差分处理，消除外部永磁体和地磁场的信息，实现胶囊机器人磁场强度的准确获取；动态调节磁传感器阵列盘的位置，获取胶囊机器人的磁场梯度信息，校验位姿计算结果，提高空间定位精度。

技术领域

本发明涉及一种磁控胶囊机器人定位系统，具体为一种基于磁传感器阵列的磁控胶囊机器人定位方法及系统，属于三维定位技术领域。

背景技术

磁控胶囊机器人能够安全、有效地对胃肠道疾病进行无创诊疗，避免传统胃肠镜诊断过程痛苦大、疗效差的缺陷，成为微型医疗机器人发展的重要里程碑。

实时获取机器人在体内的位姿信息，是磁控胶囊机器人需要解决的首要问题。传统的超声成像、CT以及X光，通过穿透人体组织来实现设备的定位，检测精度虽然高，但是成本较高且会对人体造成一定伤害，不适合广泛和高频次的使用。另外，由于胃部环境的复杂性和实时变化特点，利用机器视觉来远程定位胶囊机器人仍具有较高的误差和局限性。通过磁传感器检测胶囊机器人的磁场信息，能够实时计算出该胶囊机器人的位姿变化情况。但是，由于外部强大的驱动磁场和地磁场的影响，利用磁传感器检测磁控胶囊机器人的磁场信息具有非常大的干扰，无法精确得到胶囊机器人的磁场变化信息。因此，有效地消除外部磁场和地磁场的干扰，开展高精度的磁控胶囊机器人实时定位系统成为目前研究的难点与热点。

基于此，本申请提出一种基于磁传感器阵列的磁控胶囊机器人定位方法及系统。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决问题而提供一种基于磁传感器阵列的磁控胶囊机器人定位方法及系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于磁传感器阵列的磁控胶囊机器人定位方法及系统，包括硬件设备包括磁控胶囊机器人、外部永磁体、机械臂以及基于磁传感器阵列的定位装置；所述机械臂的末端固定安装外部永磁体，所述磁控胶囊机器人内部嵌入小体积的永磁体；

所述基于磁传感器阵列的定位装置由上层磁传感器阵列盘、下层磁传感器阵列盘、丝杠以及底座构成，所述上层磁传感器阵列盘位于旋转病床的上方，所述下层磁传感器阵列盘位于旋转病床的下方，所述旋转病床上平躺着体内装有磁控胶囊机器人的病人，所述上层磁传感器阵列盘和下层磁传感器阵列盘开设的滑槽内固定安装有多组传感器。

作为本发明再进一步的方案：所述丝杠均匀分布在矩形底座的四个边角上，且丝杠分为驱动上层磁传感器阵列盘的丝杠和驱动下层磁传感器阵列盘的丝杠两组，驱动上层磁传感器阵列盘的丝杠穿过下层通孔控制上层磁传感器阵列盘运动，驱动下层磁传感器阵列盘的丝杠穿过上层通孔控制下层磁传感器阵列盘运动。

作为本发明再进一步的方案：所述上层磁传感器阵列盘与下层磁传感器阵列盘之间的中心平面为外部永磁体的运动平面，上层磁传感器阵列盘与外部永磁体之间的区域为磁控胶囊机器人的运动空间。

一种基于磁传感器阵列的磁控胶囊机器人定位系统的定位方法，其定位方法包括以下步骤：

第一、建立空间坐标系，将所述外部永磁体设置在原点坐标，分别调节上层磁传感器阵列盘与下层磁传感器阵列盘的位置，使两个磁传感器阵列盘以外部永磁体运动的平面为中心上下对称分布；

第二、分别通过所述上层磁传感器阵列盘与下层磁传感器阵列盘测得初始时刻的空间磁场信息，该信息包括地磁场和外部永磁体的磁场；